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徐令予:“重型猎鹰”火箭难举美国航天梦
关键字: spacex重型猎鹰再让我们在空间轴上作个左右对比,表二显示了重型猎鹰与各国重型火箭的主要性能指标。从这张表上,不管是左看右看,无论哪里也看不出这枚捆绑有27只引擎的重型猎鹰有什么过人的优势,这真的不像是一枚超级重型火箭。重型猎鹰真的难以担起登上月球飞向火星的重任,单看它三米多点的直径,实际上已经被判出局。现代太空任务的载人飞船和太空望远镜都是又重又大,三米多直径作为重型火箭都不合格,“超级重型”的影子都没有。
表二
正如马斯克自己所说:“火箭引擎是目前SpaceX所面临的最大短板。”运载火箭与飞机汽车一样,引擎是它的核心技术。为了把更重的载荷送到更高更远的地方,火箭不仅需要最好的引擎,而且一枚多级火箭需要不同类型的引擎。
通常中型以上的液体燃料火箭,它的初级都用大推力但效率略差的液氧煤油引擎,而最后一级都釆用效率高的液氢液氧引擎。这样的高低搭配可以在火箭的性能和价格之间求得最优化。而马斯克手中只有一款液氧煤油引擎—梅林1D,而它的真空状态改型则用来作火箭的第二级,两者性能都极其平庸。表三是目前各国拿得出手的火箭引擎性能比较。
表三
表三数据显示,SpaceX的梅林-1D引擎推力不足,比冲低下,在液氧煤油引擎排名单中是填底的。究其原因,主要是没有核心技术,缺乏技术积累。梅林-1D釆用燃气发生器而不是中国、俄罗斯的高压补燃循环引擎,燃烧室压力太低,必然导致推力不足和效率低下。基于梅林-1D引擎的数据,重型猎鹰火箭公布的载荷能力是值得怀疑的,唯一的解释可能是把将来会使用推进剂交叉输送技术(Cross-Feeding)的因素作了预估。从目前可靠的综合性能分析,中国的长征五号要优于重型猎鹰。
尺有所短、寸有所长,当然SpaceX的火箭技术也有其独特的优势。主要优点可归纳为以下几点:
1)火箭在结构上有创新,又大量使用新型轻质材料,大大減少了火箭的自重。所以尽管引擎不太给力,重型猎鹰的最终送入轨道的载荷仍有不俗的表现。
2)SpaceX只有一种型号的引擎,研制开发的资源可以集中,也便于大规模量产提高生产效率,后期的使用维护成本也可大幅降低。SpaceX一年可以生产400台梅林引擎。在这一点上,应该为其点赞。
3)SpaceX具有火箭第一级的发射回收技术,再加上引擎大规模量产,大大降低了运箭火箭的生产和发射成本。
省钱一直是马斯克的主要卖点。马斯克首先是个商人,商人在商言商,省钱对于严重缺钱的美国政府最有吸引力。宣传资料是这样说的:阿波罗计划中的每次发射开支是12.3亿美元,其中7.1亿美元是火箭的生产成本(己折合成2016年美元的价格),而重型猎鹰把2.2吨载荷送入同步轨道的价格只要9千万美元。
我一直对SpaceX的这种宣传深感困惑。当初土星五号花费12亿美元可把50多吨的载荷送入同步轨道,假设发射开支与载荷重量成正比,那么重型猎鹰执行土星五号相同任务的开支至少要20亿美元。实施航天任务又不是买大白菜,多买有折扣,实际上价格与任务的难度远不是正比关系,常常是非线性增长的。只要想一想买平板电视的经验,随着显示屏尺寸的增加电视机价格是加速增长的。
“省钱”其实是SpaceX玩弄的把戏。他省钱的途径是靠火箭回收利用,他的引擎本来就不给力,为了回收发射过程中必须把部分燃料留作它用,这就大幅降低了火箭的最大载荷能力,导致回收的重型猎鹰只能把2.2吨载荷送入同步轨道,这还是一枚超重型火箭吗?连重型的资格都没有。
更重要的是在重型和超重型火箭市场中,任务主要是载人登月和去火星,载荷的价值远超运载火箭的成本。例如,美国新一代太空望远镜詹姆斯·韦伯(JWST)就要依靠重型运载火箭送上太空,该太空望远镜价值80亿美元,该项目会在乎在运载火箭上省几千万美元吗?人家要的是一枚高性能高安全度的超级重型火箭,在这个舞台上我估计马斯克是没戏可唱的。
“山中无老虎,猴子称霸王。”这是今天马斯克和他的重型猎鹰还站在舞台上的原因。美国航天界的老虎消声匿迹的原因多种多样,其中有一条十分重要,那就是失去了前苏联这样强劲的竞争对手。从大历史角度看,在前苏联的崩溃中倒下的巨人实际上是两个,只是一前一后而已,至少在航天界事实就是如此。冷战之后,美国的航天事业再难续其过去的辉煌,因为:“做小生意需要朋友,成大事业要有敌人。”这大概也是美国在全世界到处找敌人的一个原因吧。
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- 责任编辑:孙武
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